大顆粒尿素技術(shù)與工藝流程比較

崔文科

(山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 運(yùn)城 044000)

大顆粒尿素技術(shù)與工藝流程比較

崔文科

(山西陽(yáng)煤豐喜肥業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 運(yùn)城 044000)

闡述了大顆粒尿素的特點(diǎn)及當(dāng)今世界上生產(chǎn)大顆粒尿素的主要造粒工藝，對(duì)海德魯、東洋工程公司造粒工藝與雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝大顆粒尿素技術(shù)進(jìn)行了比較，對(duì)大顆粒尿素的前景進(jìn)行了展望。

大顆粒尿素；霧化流化床造粒；噴射流化床造粒；雙轉(zhuǎn)鼓流化床技術(shù)

在國(guó)內(nèi)外肥料市場(chǎng)都可以看到，同為尿素的商品肥料有大顆粒和小顆粒之分。國(guó)際市場(chǎng)將顆粒直徑大于2mm以上的尿素稱為大顆粒尿素。2001年我國(guó)發(fā)布的尿素產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（GB 2440-2001）中，對(duì)于粒徑合格范圍的規(guī)定共有4段，分別為：0.85~2.80mm；1.15~3.35mm；2.00~4.75mm；4.00~8.00mm。目前消費(fèi)者常見的小顆粒尿素粒徑約為0.85~2.80mm，大顆粒尿素的粒徑一般為2.00~4.75mm。

大顆粒尿素與常規(guī)小顆粒尿素相比，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：粉塵含量低，抗壓強(qiáng)度較高，流動(dòng)性好，可散裝運(yùn)輸，不易破碎和結(jié)塊，適合于機(jī)械化施肥。大顆粒尿素施入土壤后溶解速度稍慢，加上單粒重較大，在水田中施用可沉入較深的土下，減少揮發(fā)損失。由于加工工藝對(duì)尿液濃度的要求不同，一般大顆粒尿素產(chǎn)品中的縮二脲含量降低，這對(duì)作物有利。研究表明[1],大顆粒尿素肥效持久，氮損失小，在水稻田使用2.00~4.75mm的大顆粒尿素，比施用普通尿素肥效提高10%，稻谷產(chǎn)量增加10%左右。大顆粒尿素深施可提高氮利用率15%以上。尿素水解速度減緩，作物增產(chǎn)增收效果明顯。國(guó)際上，從1995年以后新建的尿素裝置中，大顆粒尿素裝置所占比例逐年增加；由于質(zhì)量好，用途廣，其價(jià)格高于普通尿素10~15美元·t-1，最高達(dá)20美元·t-1。國(guó)內(nèi)大顆粒尿素的生產(chǎn)價(jià)格比普通尿素高出約100元·t-1，產(chǎn)品供不應(yīng)求，形勢(shì)喜人。綜上所述，大顆粒尿素性能優(yōu)良，質(zhì)量好，價(jià)格高，且我國(guó)大顆粒尿素產(chǎn)量低，僅占全國(guó)尿素產(chǎn)量的20%左右，開發(fā)該產(chǎn)品有廣闊的發(fā)展前景。

1 大顆粒尿素造粒工藝

自20世紀(jì)70年代起，大顆粒尿素造粒工藝有了較快的發(fā)展，具有代表性的工藝技術(shù)有：（1）挪威海德魯(Hydro)公司霧化流化床造粒工藝；（2）日本東洋工程公司(TEC)噴射流化床工藝；（3）荷蘭氮素公司(NSM)流化床造粒工藝；（4）法國(guó)Kaltenbach-Thuring公司(K-T)轉(zhuǎn)鼓流化床造粒工藝(FDG)；（5）埃尼農(nóng)用化學(xué)公司(Agricoltura)的雙降幕轉(zhuǎn)筒造粒工藝等，具體見表1。上述的大顆粒造粒工藝都具有基本相似的工藝流程，每種工藝的特點(diǎn)取決于造粒本身的設(shè)計(jì)和功能。最具競(jìng)爭(zhēng)力且被廣泛采用的主要是前兩種?，F(xiàn)將海德魯公司霧化流化床造粒工藝和東洋工程公司噴射流化床工藝簡(jiǎn)介如下。

表1 國(guó)外一些公司的造粒工藝[2~3]

2.1 海德魯公司霧化流化床造粒工藝

2.1.1 工藝流程簡(jiǎn)述

從蒸發(fā)系統(tǒng)來的含尿素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96%的尿液, 在加入標(biāo)準(zhǔn)甲醛溶液后, 送入霧化流化床造粒機(jī)中，尿液被霧化空氣霧化成細(xì)小的液滴，反復(fù)包裹涂布在懸浮于流化床中的晶種上，使顆粒不斷增大。從造粒機(jī)出來的顆粒尿素經(jīng)初步冷卻、斗式提升后送入振動(dòng)篩，經(jīng)篩分，分離出粒徑符合要求的顆粒尿素作為產(chǎn)品，再經(jīng)最后冷卻器冷卻后，送入成品庫(kù)。分離出的超大顆粒尿素經(jīng)破碎后與分離出的細(xì)小顆粒尿素一并送入造粒機(jī)，作為造粒晶種。造粒機(jī)和初冷器、最終冷卻器排出的含尿素粉塵的空氣分別送到各自的洗滌塔，回收尿素粉塵后排空?；厥盏哪蛞核椭聊蛩匮b置。流程見圖1。

圖 1 海德魯公司霧化流化床造粒工藝流程

2.1.2 工藝特點(diǎn)

（1）造粒機(jī)采用空氣霧化和流化床相結(jié)合的技術(shù)，造粒效率高，生產(chǎn)能力大，成品質(zhì)量好，顆粒大，強(qiáng)度高。

（2）造粒采用96%濃度的尿液作原料。尿液加工只需要一段蒸發(fā)濃縮，省去尿液二段蒸發(fā)濃縮流程，簡(jiǎn)化工藝，減少設(shè)備，節(jié)省投資。

（3）操作簡(jiǎn)單。開停車時(shí)間短，負(fù)荷變化為30%~105%，調(diào)節(jié)靈活，彈性大，適應(yīng)性高。

（4）與其它機(jī)械造粒裝置相比，返料比較低，僅為0.5∶1。

（5）采用添加劑及霧化流化造粒技術(shù)，流化床形成的粉塵量少，含塵尾氣采用分段濕式洗滌，吸收率高。放空尾氣中尿素粉塵含量低于20 mg·Nm-3。

2.2 東洋工程公司噴射流化床造粒工藝

2.2.1 工藝流程簡(jiǎn)述

含MMU的尿液送入噴射流化床造粒機(jī)中，由噴嘴噴灑成液滴，使返料晶種不斷增大。經(jīng)蒸發(fā)水分、快速冷卻和結(jié)晶固化后，形成大顆粒尿素。從造粒機(jī)出來的大顆粒尿素經(jīng)斗式提升機(jī)送入篩分裝置。分離出符合產(chǎn)品規(guī)格的顆粒尿素，經(jīng)冷卻后去產(chǎn)品庫(kù)。分離出的超大顆粒尿素經(jīng)破碎后與分離出的細(xì)小顆粒返造粒機(jī)作晶種。造粒機(jī)、冷卻器等處排出的含尿素粉塵的空氣，經(jīng)洗滌塔回收尿素粉塵后排空?；厥蘸竽蛞核椭聊蛩匮b置。流程見圖2。

圖 2 東洋工程公司噴射流化床造粒工藝流程

2.2.2 工藝特點(diǎn)

（1）工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該造粒機(jī)分流化成粒和冷卻兩部分。造粒噴嘴采用普通壓力式噴嘴，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單臺(tái)能力大。

（2）生產(chǎn)操作靈活方便。正常生產(chǎn)時(shí)，可通過調(diào)節(jié)返料比達(dá)到合格產(chǎn)品。負(fù)荷變化時(shí)，可直接調(diào)節(jié)噴嘴。

（3）該工藝使用尿液濃度在98%以上。

（4）造粒時(shí)間短，造粒效率高。成品粒度大，壓碎強(qiáng)度高。

（5）液化床床層高度低。負(fù)荷在50%~100%時(shí)壓力降僅為53.33kPa柱，床層阻力小，節(jié)省動(dòng)力。

（6）粉塵回收采用集中收集和高效濕法洗滌回收，放空尾氣中尿素粉塵含量可小于30mg· Nm-3。洗滌塔直接與造粒機(jī)頂部相連，簡(jiǎn)化流程，節(jié)省投資。

（7）該工藝設(shè)置添加劑MMU溶液制備系統(tǒng)。該溶液由甲醛和尿液制備，并加入少量液氨控制反應(yīng)，生成的MMU溶液，可克服甲醛尿液混合不均，影響產(chǎn)品質(zhì)量的弊端。

2.3 雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝大顆粒尿素技術(shù)

雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝大顆粒尿素技術(shù)是我國(guó)開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大顆粒尿素造粒工藝，并已獲國(guó)家發(fā)明專利。該專利在清華大學(xué)進(jìn)行了造粒轉(zhuǎn)鼓的驗(yàn)證性試驗(yàn)，2001年，在洞庭氮肥廠建成公稱1.2萬t·t-1試驗(yàn)裝置，2002年、2003年在山西豐喜肥業(yè)集團(tuán)分別建了5萬t·t-1和10萬t·t-1裝置，開車后基本達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期目的，全面驗(yàn)證了流程的合理性和兩臺(tái)設(shè)備的科學(xué)性。

2.3.1 雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝流程

雙轉(zhuǎn)鼓流化床大顆粒尿素工藝流程如圖3所示。尿素物料進(jìn)入雙滾筒流化工藝的第一個(gè)轉(zhuǎn)鼓——流化床造粒轉(zhuǎn)鼓，熔融尿素從尿素熔融泵來，晶種顆粒尿素從造粒塔小顆粒肥料來（亦可從破碎機(jī)來），尿素返料從滾筒篩分機(jī)來，在特殊設(shè)計(jì)的流化造粒轉(zhuǎn)鼓中，霧化的熔融尿素與顆粒尿素不斷碰撞并結(jié)晶，使顆粒尿素逐步長(zhǎng)大，結(jié)晶熱由流化空氣移走。

圖3 雙轉(zhuǎn)鼓流化床大顆粒尿素工藝流程圖

尿素顆粒一邊長(zhǎng)大，一邊向出口運(yùn)動(dòng)，并逐步流出流化造粒轉(zhuǎn)鼓。此時(shí)尿素的溫度為90~110℃，進(jìn)入兩層絲網(wǎng)的滾筒篩分機(jī)。小顆粒尿素返回流化造粒轉(zhuǎn)鼓，超大顆粒的尿素或直接出售，或經(jīng)破碎機(jī)破碎后也返回流化造粒轉(zhuǎn)鼓。為使粒度合格的大顆粒尿素進(jìn)一步冷卻，從滾筒篩分機(jī)流出的大顆粒尿素進(jìn)入冷卻轉(zhuǎn)鼓，在此轉(zhuǎn)鼓中，冷卻風(fēng)和冷卻水移走尿素的顯熱，使尿素的溫度低于50℃，至此合格的大顆粒尿素稱重包裝出廠。造粒轉(zhuǎn)鼓和冷卻轉(zhuǎn)鼓的尾氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)引往洗滌系統(tǒng)經(jīng)洗滌合格后排放。

2.3.2 所需的原料、輔助材料及技術(shù)規(guī)格

大顆粒尿素裝置所需的原料、輔助材料的品種、規(guī)格、單耗、年需量和動(dòng)力供應(yīng)見表2（單耗以t大顆粒尿素計(jì)）。

表2 大顆粒尿素裝置所需的原料、輔助材料及技術(shù)規(guī)格

據(jù)豐喜肥業(yè)、魯西等單位實(shí)際數(shù)據(jù)，每t大顆粒尿素比小顆粒尿素成本增加約35元· t-1。

2.3.3 雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝特點(diǎn)

該流程轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)的自身優(yōu)勢(shì)：（1）轉(zhuǎn)鼓內(nèi)用流化床,裝置簡(jiǎn)單；（2）大顆粒物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間比小顆粒的短，有利于尿素顆粒的均勻包覆, 可進(jìn)一步減小返料比；（3）粉塵少，有利于環(huán)境保護(hù)。該技術(shù)具有的突出特點(diǎn)是：流化床與轉(zhuǎn)鼓結(jié)合、空冷與水冷結(jié)合，流程簡(jiǎn)單、設(shè)備效率高、能耗低、投資少。在老廠改造中應(yīng)用雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝，較其他生產(chǎn)方法有無可比擬的優(yōu)越性；在新廠建設(shè)中，在投資、能耗方面也有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)性。

3 結(jié)語

隨著市場(chǎng)的不斷開拓，大顆粒尿素的生產(chǎn)能力呈逐年上升趨勢(shì)。根據(jù)中國(guó)氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)分析預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)到2015年大顆粒尿素產(chǎn)量達(dá)到18×106t·a-1，大顆粒尿素所占比例增加到25%，而大顆粒尿素需求達(dá)到23×106t·a-1，缺口達(dá)5×106t·a-1。因此在今后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，大顆粒尿素仍將具有良好的市場(chǎng)前景。

海德魯公司霧化流化床造粒工藝和東洋工程公司噴射流化床工藝各具有特點(diǎn)，造粒機(jī)理各異，最終產(chǎn)品均取得滿意結(jié)果。兩者都屬先進(jìn)、成熟、可靠的造粒工藝。相比較而言，海德魯公司工藝技術(shù)建廠較多，業(yè)績(jī)好，經(jīng)驗(yàn)豐富?；椿静捎玫木褪谴思夹g(shù)。 國(guó)外的大顆粒尿素技術(shù)是成熟的，但也有一些局限性。例如床造工藝復(fù)雜，投資和能耗都比較高，這個(gè)兩高，限制了國(guó)內(nèi)大顆粒尿素的生產(chǎn)，也影響了科學(xué)施肥工作的進(jìn)展。而具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雙轉(zhuǎn)鼓流化工藝大顆粒尿素技術(shù)流程簡(jiǎn)單、設(shè)備效率高、能耗低、投資少，在競(jìng)爭(zhēng)中具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

[1] 李付興，張坤，袁利劍.大顆粒尿素項(xiàng)目的前景分析[J].煉油與化工，2010，21（1）：12-14.

[2] 袁紅艷.大顆粒尿素工藝介紹[J].瀘天化科技，1999，（2）：158-163.

[3] 汪家銘.大顆粒尿素生產(chǎn)開發(fā)及發(fā)展前景[J].川化科技，2000，（2）：34-36.

Comparison of Large Particle Urea Technology and Process

CUI Wen-ke
（Shanxi Yangmei Fengxi Fertilizer Industry Group Co.， Ltd.，Yuncheng 044000，China）

The characteristics of the large particle urea， as well as the world production of large particle urea prilling process were described. The granulation process and double drum fluidized technology in large particle urea technology of Hydro and Toyo engineering corporation were compared. The prominent future of the large particle urea was expected.

large particle urea; spray fl uidized bed granulation; jet fl uidized bed granulation; dual-roller fl uidized bed technology

TQ 441.41

A

1671-9905(2012)06-0030-03

崔文科(1981-)，男，河南商水人，工學(xué)碩士，現(xiàn)任陽(yáng)煤豐喜平陸公司副總工程師，從事化工技術(shù)開發(fā)與管理工作，E-mail：cuiwk@163.com

2012-04-06